Page 27 - 《广西植物》2022年第6期
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ᤃ 期 何文等᧥ 基于光谱指数的喀斯特植物叶片叶绿素含量定量估算 ँ ϟ Ꭾ
表 ϓই 种植物基本形态特征
ఋᑕᤦᔀ ϟজ ାᑕ༁ᔽዹ ቝᆍʢᡱၤᆍᆍ੫ᔽዹᑕ ዹၤᑕʢᑕዹᡷᔀʢᔽ༁ᡷᔽዹ༁ ᆍ ᆍࣼʢ ༁ᡱᔀዹᔽᔀ༁
喀斯特地区 ᑕʢ༁ᡷ ᑕʢᔀᑕ 非喀斯特地区 શᆍႿ᥋Ҵᑕʢ༁ᡷ ᑕʢᔀᑕ
树种
୩ᡱᔀዹᔽᔀ༁ 基径 树高 冠幅 树龄 基径 树高 冠幅 树龄
ାᑕ༁ᔀ ʛᔽᑕቝᔀᡷᔀʢ ఋʢᔀᔀ ၤᔀᔽ੫ၤᡷ ऊʢᆍऔႿ ༁ᔽझᔀ ఋʢᔀᔀ ᑕ੫ᔀ ାᑕ༁ᔀ ʛᔽᑕቝᔀᡷᔀʢ ఋʢᔀᔀ ၤᔀᔽ੫ၤᡷ ऊʢᆍऔႿ ༁ᔽझᔀ ఋʢᔀᔀ ᑕ੫ᔀ
ྉዹቝɯ ྉዹቝɯ ྉዹቝ ġ ዹቝɯ ྉᑕɯ ྉዹቝɯ ྉዹቝɯ ྉዹቝ ġ ዹቝɯ ྉᑕɯ
朴树 ᤃ࿗ጢ ࿗ԡᎮጢԡ ϟँġϟऐϟ ጢ ᤃᤃԡ ࿗ϟԡԡԡ ሕጢġϟऐᤃ ጢ
ࣷᓣᤀᡙᔠ ᔠႥᓣႥᔠ
黄荆 ጢᎮ ϟᎮऐሕሕ ϟँġϟϟँ ሕጢ ࿗Ꭾ ሕԡ࿗ሕሕ ϟᎮġϟጢ ሕ
Ⴌᔠᡙᓣଝ ႥᓣࣩႥʐᅳ
盐麸木 ࿗ጢᎮ ሕᤃԡԡԡ ࿗ϟġϟᤃ ᤃ ጢሕԡ ሕሕԡԡ ሕ࿗ġᤃᎮ ᤃ
ቴ၊ࣩ ዞ၊ᔠႥᓣႥᔠ
红背山麻杆 ϟँጢ ᤃᎮጢ ऐԡġऐጢ ϟᎮᎮ ϟऐᎮ ϟϟጢġϟ
ዛᤀዞ၊ᅳʗႥᓣᐹ ᡙʗᓣँᔠᅳᔠʐᓣ
ϓॹᇺ 分析方法 转换将叶片原始光谱反射率转换为一阶导数值ᖔ并
ϟሕϟ 光谱指数及其转换জ 植被光谱指数种类繁多 将基于一阶导数值构建的光谱指数分别命名为
且功能各不相同 ྉᣮࣼᔀ ᪲ ୩ࣼᖔ ԡϟᎮɯᤥ 通过文献收 ʛ᧕᧧ܦʛ୩᧧ܦʛશ᧕᧧ 和 ʛ᧧᧕᧧ᤥ 一阶导数转换后的
集和整理ᖔ从 ϟሕԡ 多种常用植被光谱指数中筛选出 光谱指数数学表达式与原始光谱指数一致ᖔ仅将叶
ϟጢ 种与植被色素有关的常用光谱指数ྉ表 ɯᖔ并探 片原始光谱反射率 ቴ 替换为原始光谱反射率一阶
讨这些光谱指数在喀斯特植物叶片叶绿素含量定 导数值 ʐቴ ᤥ
量估算中的表现ᤥ ϟሕ 基于光谱指数的植物叶片叶绿素含量定量估
表 中各光谱指数主要为差值 植 被 指 数 算验证জ 为了验证基于各光谱指数估算的植物叶
ྉʛᔽᔀʢᔀႿዹᔀ ᔀ੫ᔀᡷᑕᡷᔽᆍႿ ᔽႿʛᔀᖔ ᧕᧧ɯܦ 比值植被指数 片叶绿素含量精度ᖔ我们以实验室测定的叶片叶绿
ྉ༁ᔽቝᡱᔀ ʢᑕᡷᔽᆍ ᔀ੫ᔀᡷᑕᡷᔽᆍႿ ᔽႿʛᔀᖔ ୩᧧ɯܦ归一化植被指 素含量为真值ᖔ采用决定系数ྉ ቴ ɯ 及均方根误差
数ྉႿᆍʢቝᑕᔽझᔀʛ ʛᔽᔀʢᔀႿዹᔀ ᔀ੫ᔀᡷᑕᡷᔽᆍႿ ᔽႿʛᔀᖔ શ᧕᧧ɯ 以 ྉʢᆍᆍᡷ ቝᔀᑕႿ ༁ीࣼᑕʢᔀʛ ᔀʢʢᆍʢᖔᥘ୩ጶɯ评价基于光谱指数
及倒数差值植被指数ྉ ᔽႿᔀʢ༁ᔀ ʛᔽᔀʢᔀႿዹᔀ ᔀ੫ᔀᡷᑕᡷᔽᆍႿ 的喀斯特与非喀斯特植物叶片叶绿素含量的估算
ᔽႿʛᔀᖔ ᧧᧕᧧ɯᤥ 因此ᖔ利用差值ܦ比值ܦ归一化以及倒 能力ᤥ 决定系数和均方根误差的数学表达式如式
数差值方式对所采集的喀斯特植物叶片原始光谱 ྉጢɯ和式ྉᤃɯ所示ྉԻၤᑕᆍ ᔀᡷ ᑕᖔ ԡϟᎮɯ᧥
反射率及其一阶导数值与同步测定的植物叶片叶 Ⴅ ͙
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绿素含量进行遍历分析ᖔ直至找到最优光谱波段组 ቴ ᢉ ϟͱ ᔠ ᢉ ϟ ྉጢɯ
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合的指数模型ᖔ进一步探讨这些光谱指数与喀斯特 ኮྉᡥ ͱᡥ ɯ
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植物叶片叶绿素含量之间的关系ᖔ以期为喀斯特植 জ ϟ Ⴅ
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物叶片叶绿素含量快速定量估算提供更可靠的光 Ⴅ ᔠ ᢉ ϟ ᔠ ᔠ
谱指数ᤥ 差值ܦ比值ܦ归一化以及倒数差值光谱指 式中᧥ᡥ 为植物叶片叶绿素含量实测值ଫ ᡥ 为基
͙
ᔠ ᔠ
数表达式如式ྉϟɯྉɯྉሕɯ和ྉ࿗ɯ所示᧥ 于光谱指数估算的叶片叶绿素含量预测值ଫ ᡥ 为实
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ᦵႬᧇྉچ ᖔچ ɯᢉ ቴ ͱቴ ྉϟɯ
ϟ چϟ چ 测叶片叶绿素含量平均值ᤥ
ቴႬᧇྉچ ᖔچ ɯᢉ ቴ ᣑቴ ྉɯ
ϟ چϟ چ
ટᦵႬᧇྉچ ᖔچ ɯᢉ ྉቴɯ ͱቴ ɯ ᣑ ྉቴ շቴ ɯ ྉ ሕ ɯ জ 结果与分析
ϟ چϟ چ چϟ چ
ᧇᦵႬᧇྉچ ᖔچ ɯᢉ ϟ ᣑቴ ͱϟ ᣑቴ ྉ࿗ɯ
ϟ چϟ چ
式中᧥چ 为光谱波段ଫቴ 为对应波段反射率ᤥ ԣॹϓ 喀斯特和非喀斯特植物叶片叶绿素含量及其光
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对植物叶片原始光谱反射率进行转换通常能 谱特征
够提高基于光谱指数方法对植物生化参数估算的 喀斯特生境生长的朴树ܦ黄荆和盐麸木叶片叶
精度ྉ᧕ᑕऔ༁ᆍႿ ᔀᡷ ᑕᖔ ϟँँऐɯᤥ 因此ᖔ本研究采用导数 绿素含量均显著高于非喀斯特区域ྉۗጐԡԡϟɯᖔ均值
